青海油田低浓度胍胶压裂液的性能研究与现场应用

彭 继 张成娟 周 平 王俊明 熊廷松 张 力 王国庆

（中国石油青海油田公司钻采工艺研究院）

青海油田低浓度胍胶压裂液的性能研究与现场应用

彭 继 张成娟 周 平 王俊明 熊廷松 张 力 王国庆

（中国石油青海油田公司钻采工艺研究院）

开发了稠化剂浓度为0.18%～0.20%的低浓度胍胶压裂液体系，使稠化剂浓度比常规胍胶压裂中的稠化剂浓度低40%～50%，单方液成本降低30%～38%。通过对该低浓度胍胶压裂液的性能评价，确定了该体系具有良好的耐温耐剪切性能和滤失性能，破胶快速彻底。岩心损害率为22.53%，压裂液残渣含量仅为226.3mg／L，为常规胍胶压裂液的一半，大大降低了压裂液残渣对裂缝导流能力的损害。2012年，低浓度胍胶压裂液体系在青海油田应用总井数87井次，累计降低成本403.7万元，其中在昆北区块应用55井次，增产倍数为该区块2011年压裂井的1.08倍，降本增产效果明显。图3表6参5

压裂液体系 低浓度胍胶 降低成本

压裂改造工艺技术是低渗透油田提高单井产量的主要工艺技术。随着青海油田各类储层的开发，致密低渗、特低渗储层的增产和求产技术对压裂工艺技术提出越来越高的要求。压裂液是压裂改造的重要组成部分和关键环节，优质、低损害、低成本是压裂液发展的主要方向［1］。羟丙基胍胶作为水基压裂液的增稠剂，具有增稠能力强、抗剪切性好、热稳定性好、控制滤失能力强等特点而被广泛用于青海油田油气井压裂中［2］。但由于羟丙基胍胶压裂液残渣的存在，导致裂缝的导流能力降低，使压裂的增产效果不能达到最佳。所以降低压裂液稠化剂浓度是降低压裂液残渣，提高裂缝导流能力，降低压裂液成本的重要途径。

1 低浓度胍胶压裂液体系的形成

为了降低羟丙基胍胶稠化剂的使用浓度，通过研究分析羟丙基胍胶交联下限，研发了新型低浓度胍胶交联剂QJL－B1。这种交联剂向胍胶分子上引入一种带电基团，当交联剂与胍胶联接成网状体型结构时，利用带电基团之间的静电斥力可使原有胍胶交联形成的收缩线团变成稳定的扩张线团，从而增大了交联剂与胍胶的网状交联体积，降低了形成交联网状所需的胍胶用量，同时不改变压裂液的携砂性能。通过降低羟丙基胍胶浓度的室内配方优化研究，最终形成适合40～100℃储层压裂的低浓度胍胶压裂液体系，配方组成见表1。

表1 低浓度胍胶压裂液配方组成

2 低浓度胍胶压裂液的性能评价

依据石油天然气行业标准SY／T 5107－2005“水基压裂液性能评价方法”进行测定。

（1）交联性能

影响交联时间的主要因素按影响程度由大到小依次为pH值、温度、交联剂浓度、HPG浓度。低浓度胍胶压裂液的交联时间可以通过调节pH值控制，pH值越高，交联时间越长。同时交联剂浓度也会影响交联时间，交联剂使用浓度太低，交联速度缓慢，成胶后的黏度也达不到要求。交联剂浓度过高，交联速度过快，会产生过交联，发生冻胶脱水现象而影响悬砂性能。对于低浓度胍胶压裂液体系来说，重要的是pH值调节剂的使用浓度。

图1为在0.2%的胍胶基液中分别加入不同浓的pH调节剂后，再加入相同浓度（0.5%）的交联剂，在80℃下测定的压裂液的耐剪切性能曲线。

图1 pH调节剂浓度对压裂液耐剪切性的影响

度从图1不同pH调节剂浓度对低浓度胍胶压裂液的耐剪切性影响实验看到，随着pH调节剂浓度的增大，压裂液的耐剪切性逐渐增强。在相同的实验温度（80℃）条件下，当pH调节剂浓度达到0.35%时，压裂液的耐剪切性最好，剪切60 min后黏度仍然保持在65 mPa·s以上。说明在一定的交联剂使用浓度时，低浓度胍胶压裂液通过提高压裂液的pH值来提高冻胶的耐温耐剪切性能。

（2）耐温性能

采用RS600流变仪，将0.2%低浓度胍胶压裂液加满流变仪样品杯，在剪切速率为170 s－1、升温速度为3℃／min下升温剪切。以表观黏度降为50 mPa·s时对应的温度值即为压裂液的耐温能力。结果见图2。

图2 低浓度胍胶压裂液耐温曲线

由图2可以看出，0.2%的低浓度胍胶压裂液体系的耐温性可达90℃，耐温曲线下降很缓慢，因此该体系具有良好的耐温性能。在压裂施工中，液体刚进入裂缝时，地层温度最高，随着施工的进行，地层温度逐渐降低，因此0.2%的低浓度胍胶压裂液完全能满足90℃以内地层压裂液携砂性能的要求。

（3）耐剪切性能

压裂液耐温耐剪切性能是评价压裂液性能的重要指标［3］。采用RS600流变仪，将低浓度胍胶压裂液分别在，40℃、60℃、80℃、90℃四种恒定温度下170s－1剪切一定时间，测定压裂液冻胶黏度随剪切时间的变化情况，结果见图3。

图3 低浓度胍胶压裂液在不同温度下的耐温耐剪切曲线

从图3可以看出，低浓度胍胶压裂液体系在4种温度条件持续剪切80 min后，最终黏度值都在60 mPa.s以上，满足行业标准《SY／T 6376－2008压裂液通用技术条件》规定的大于50 mPa·s的指标。说明该压裂液具有良好的抗剪切能力和携砂、输砂能力。

（4）静态滤失性能

压裂液的滤失造壁性对造缝有重要的影响，压裂液的滤失量愈小，愈有利于获得较高的造缝压力，若压裂液的造壁性能差，导致压裂液的大量渗漏，就严重影响裂缝的形成和延伸［4］。按《SY／T 5107－2005水基压裂液性能评价方法》规定的压裂液静态滤失测定方法，采用高温高压滤失仪，滤失压差3.5 MPa，对低浓度胍胶压裂液在60℃、90℃下的滤失性能进行了测定，结果见表2。

表2 低浓度胍胶压裂液的滤失性能

表2表明，低浓度胍胶压裂液体系的静态滤失系数与常规胍胶压裂液体系的相当（常规压裂液体系在90℃下的滤失系数为0.651×10－3m／min1／2），满足《SY／T 6376－2008压裂液通用技术条件》中的C3≤1.0×10－3，QSP≤5.0×10－2，VC≤1.5×10－4的指标，说明该压裂体系造缝性能良好。

（5）破胶性能

压裂液破胶液性能的好坏对储层的保护起着重要作用，压裂液破胶越彻底，则压裂液残渣越少，对地层的伤害就越小［5］。考虑到压裂施工中压裂液温度场的变化，进行了50℃～90℃间五种温度下的破胶实验。分别在低浓度胍胶交联压裂液冻胶中加入不同量的破胶剂，将其分别置于密闭容器内，放入电热恒温器中加热恒温，使压裂液在恒温下破胶，取破胶液上层清液用毛细管黏度计测定破胶液黏度。温度和破胶剂浓度对压裂液破胶性能的影响见表3。

表3 温度和破胶剂浓度对压裂液破胶性能的影响

从破胶实验结果看出，适当的破胶剂加量可使低浓度胍胶压裂液在4 h以内彻底破胶，破胶速度快，且破胶液彻底水化，破胶液黏度小于5 mPa·s。针对不同的井深，通过调整破胶剂的加量，可满足不同储层温度的压裂施工要求。

（6）破胶液表界面张力

制备0.2%低浓度胍胶压裂液冻胶在80℃下破胶4 h，测定破胶液的表面张力和与煤油的界面张力，结果见表4。

表4 破胶液的表面张力和界面张力

表4表明，该低浓度胍胶压裂液体系有较低的表、界面张力，可有效地降低毛细管阻力，增强压裂液的返排能力。

（7）残渣含量

取50 m l的0.2%低浓度胍胶压裂液，装入密闭容器中于80℃下恒温破胶，将破胶液离心分离出残渣烘干恒重后，称量残渣含量为226.3 mg／L，比常规胍胶压裂液的残渣含量（0.4%胍胶浓度的常规胍胶压裂液残渣含量为471 mg／L）减少了一半，降低了对裂缝导流能力的损害，满足低伤害压裂液的要求。

（8）储层损害评价

压裂液对储层基质的损害以岩心渗透率的变化来表征。影响压裂液损害率大小的因素主要有岩心的矿物组成、渗透率的大小、压裂液进入岩心的压差和时间、压裂液返排压差、返排时间和压裂液破胶的程度等。

评价方法：选取直径为2.5 cm的油藏岩心柱（取至昆北切十六区块切163井），按照行业标准《SY／T5107－2005水基压裂液性能评价方法》进行压裂液滤液对岩心基质渗透率损害实验。岩心抽真空用地层水饱和，装入岩心流动实验仪，反向挤入煤油，测损害前岩心渗透率，正向挤入压裂液滤液，并使滤液在岩心中停留2 h，然后再反向挤煤油，测定损害后岩心渗透率，用公式计算压裂液滤液对岩心基质渗透率的损害率。对低浓度胍胶压裂液与常规胍胶压裂液进行了损害对比实验，结果见表5。

表5 压裂液滤液对岩心的损害对比

表5表明，低浓度胍胶压裂液对岩心渗透率损害率为22.5%，明显低于常规胍胶压裂液体系（35.2%），降低了对储层的伤害。

综上所述，形成的低浓度胍胶压裂液体系的主要性能指标符合企业指标要求。从表6看到，该压裂液体系具有低浓度、低残渣、低伤害、耐温性好的特点，能满足低渗透储层压裂工艺对压裂液的要求。

3 低浓度胍胶压裂液应用效果评价

2012年，低浓度胍胶压裂液体系在青海油田昆北区块应用55井次，措施有效率86.0%，平均单井加砂量23.28 m3，较该区块2011年压裂井提高35%；平均单井日产油4.05 t，增产倍数为该区块2011年压裂井的1.08倍。表明低浓度胍胶压裂液降低了对储层的二次伤害，有效改造了储层，增产效果明显。

表6 低浓度胍胶压裂液的性能指标

2012年11月，低浓度胍胶压裂液在青海油田红柳泉区块致密油水平井红柳平1井成功应用。主要施工参数为：排量4.5～5 m3／min，前置液776.5 m3，携砂液903.4 m3，砂比16%～21%，破裂压力68.2～75.7 MPa，最高施工压力89.80 MPa。总加砂量150.5 m3，总液量1673.10 m3。该井首次在红柳泉油田实现了“千方液、百方砂”的压裂理念，措施后第20天抽汲排液，日产油11.25m3。红柳平1井措施的成功，表明低浓度胍胶压裂液具有良好的耐温耐剪切黏度和携砂能力。

4 低浓度胍胶压裂液成本分析

开发的适用于青海油田低、中温条件下使用的低浓度胍胶压裂液体系，在满足相同流变性能的条件下，可使低浓度胍胶压裂液中的稠化剂浓度比常规胍胶压裂液体系降低40%～50%，单方成本降低30%～38%。相同的使用温度条件下，低浓度胍胶压裂液与常规胍胶压裂液稠化剂用量与压裂液成本对比分析见表7。

表7 低浓度胍胶与常规胍胶压裂液稠化剂用量与成本对比

2012年，青海油田使用低浓度胍胶压裂液体系压裂施工的总井数为87井次，压裂液应用规模为18521 m3，累计降低成本403.7万元，降本成绩显著。

5 结论

（1）开发满足40℃～90℃低渗透储层压裂需要的低浓度胍胶压裂液的配方，羟丙基胍胶的使用浓度较常规胍胶压裂液体系降低了40%～50%，残渣含量减少一半，压裂液具有抗剪切、携砂能力强、破胶迅速彻底、破胶液表面张力、界面张力低等优点。

（2）与常规胍胶压裂液比较，低浓度胍胶压裂液对储层岩心渗透率损害小，降低了压裂液对储层和裂缝导流能力的伤害，能有效保护储层，满足低伤害要求，具有很好的应用前景。

（3）低浓度胍胶压裂液与常规胍胶压裂液对比，单方成本降低30%～38%，性能更优越。在青海油田试验了87井次，压裂液应用规模为18521 m3，累计降低成本403.7万元，压裂增产效果明显提高，具有广阔的推广应用前景。

1 卢拥军，房鼎业，杨振周，等.粘弹性清洁压裂液的研究与应用［J］.石油与天然气化工，2004，33（2）：113－114.

2 彭传波，黄智宇，鲁红升，等.油田压裂用羟丙基胍胶的合成及性能评价［J］.精细石油化工进展，2009，10（3）：9－11.

3 姚亚平，澄宇.黏度指数改进剂的增稠能力与剪切稳定性［J］.润滑油.1999，2（14）：32－38.

4 蒋廷学，汪绪刚，冯兴凯，等.压裂施工中对地层滤失性的现场评价［J］.石油钻采工艺，2002，24（4）：78－79.

5 怡宝安，王玉斌.聚合物压裂液在准东采油厂的应用［J］.新疆石油科技，2007，3（17）：41－43.

（修改回稿日期 2013－09－03 编辑 景岷雪）

彭继，女，1967年出生，油田化学工程师；毕业于重庆石油学校（1986年），主要从事油田压裂液、酸化液的配方研究及应用工作。地址：（736202）甘肃省敦煌市七里镇青海油田钻采工艺研究院储层改造中心。电话：（0937）8920635，18993710865。E－mail：qypengj＠sina.com.cn